Инверторы тока параллельного типа

Параллельные инверторы находят практическое применение в одно­фазном и трехфазном вариантах. Принципиально они могут быть построены по всем известным структурам силовой схемы, однако практическое применение в основном нашли однофазная и трехфазная двухтактные (мо­стовые) схемы. Подсоединение нагрузки в них выполняется как непосред­ственно к вентильному блоку, так и через трансформатор. При этом ком­мутирующие конденсаторы могут включаться как на первичной, так и на вторичной стороне трансформатора.

 

Принцип действия и основные свойства инверторов тока параллельного типа [2].

Рассмотрим работу парал­лельного инвертора на примере однофазной двухтактной (мостовой) схе­мы без трансформатора, которая представлена на рисунке 31. Будем считать, что сглаживающая индуктивность в цепи постоянного тока Ld настолько велика, что отсутствуют пульсации входного тока и мгновенное значение его id=const. На рисунке 32 по­строены временные диаграммы токов и напряжений, иллюстрирующие работу рассматриваемого инвертора. Для обеспечения ее на управляющие элек­троды тиристоров VI, V2, а также тиристоров V3, V4 необходимо одно­временно, попарно в противофазе пода­вать импульсы тока управления iуv1, iуv2 и iуv3, iуv4, максимальное значение которых не должно быть меньше тока спрямления тиристоров. Выполнение указанных условий обес­печивает поочередное открытие вентилей VI, V2 и вентилей V3, V4 с частотой f, определяемой частотой следования импульсов тока управления.

 

Предположим, что нагрузка инвертора активная (cosφнг=1; Zнг=Rнг) и в некоторый момент времени, условно принимаемый за начало отсчета, от­крываются вентили VI, V2. В результате через сопротивление нагруз­ки Zнг и конденсатор С будет протекать ток, конденсатор будет за­ряжаться на полярность, указанную на рисунке 31. Сумма тока конденсато­ра ic и тока нагрузки iнг, равная общему инвертированному току i= ic + iнг, остается в течение полупериода постоянной и равной i= id =const. Такую же величину в течение полупериода имеют построенные на рисунке 28 токи вентилей iv1=iv2=id=const..

При открытии через полпериода в момент πуправляющими импульса­ми тиристоров V3, V4 происходит практически мгновенное закрытие вентилей VI, V2 (γ=0), так как к ним оказывается приложенным в обратном направлении напряжение конденсатора, а индуктивных сопротивлений в контурах коммутации нет. С этого момента времени изменя­ется направление инвертирован­ного тока i=id=const и тока конденсатора ic. Конден­сатор начинает перезаряжаться на противоположную полярность, подготавливаясь к последующей коммутации тока на вентили VI, V2. Изменение направления тока нагрузки iнг произойдет несколь­ко позднее - в момент, когда на­пряжение на конденсаторе uc, равное напряжению на нагрузке u, станет равным 0. Вследствие принятых условий (Ld=∞; Zнг=Rнг) процесс перезаряда конденсатора является апериоди­ческим, что в итоге определяет несинусоидальность выходного на­пряжения u, форма кривой кото­рого на временном интервале, равном периоду, представляет со­пряжение двух экспонент (смотри рисунок 32,д).

Представленные на рисунке 32 кривые напряжения на вентилях uv1=uv2 и uv3=uv4 (рисунок 32,е,ж) показывают, что при мгновенной коммутации тиристоров (угол коммутации γ=0) в течение угла β =δ после закрытия каж­дого вентиля к нему приложено отрицательное напряжение, чем обеспечивается необходимое ус­ловие для восстановления управ­ляемости выключаемого тиристора. Очевидно так же, что угол β равен углу опережения общего инвертированного тока i по отношению к выходному напря­жению u (рисунок 32,з). Отметим, что для выключения тиристора необходимо определенное время, tq, которое указывается в паспорте этого тиристора. При β <ωtq происходит срыв коммутации то­ка вентилям инвертора, так как они не успевают восстановить запирающих свойств к моменту, когда напряжение на аноде вновь становит­ся положительным. В результате происходит опрокидывание инвертора, т.е. повторное открытие запираемых вентилей и короткое замыкание питающего источника Ud через индуктивность Ld и вентили схемы. Выходное напряжение переменного тока при этом равно нулю. Вследствие того, что в установившемся режиме работы инвертора угол опережения β выбирается так, чтобы β≥βminзωtq, можно считать, что для осуществления коммутации тока вентильное звено схемы инвер­тора потребляет реактивный ток. Внутрисхемным источником этого реак­тивного тока, или реактивной мощности коммутации, является конденса­тор С.

 

 

Рисунок 32. Временные диаграммы, поясняющие работу инвертора тока параллельного типа

 

При изменении величины сопротивления нагрузки инвертора проис­ходит, изменение постоянной времени цепи перезаряда конденсатора, ко­торая, как нетрудно показать, равна Tc=RнгC. В соответствии с изменением Tc изменяется форма кривой выходного напряжения, форма кри­вой напряжения на вентилях и угол опережения β. При больших значениях Rнг выходное напряжение становится близким к треугольной фор­ме (рисунок 33,а); при малых Rнг выходное напряжение приближается к прямоугольной форме (рисунок 33,6). При коротком замыкании нагруз­ки β =0 и инвертор опроки­дывается.

Работа инвертора при ак­тивно-индуктивной нагрузке ха­рактеризуется тем, что конден­сатор С выполняет двойную роль. Он является источником реактивного тока, необходимого для осуществления коммутации, а также источником опережающе­го реактивного тока, компенси­рующего отстающую индуктивную составляющую тока нагрузки. Очевидно, что при cosφнг<1 для поддержания необходимого значения угла опережения β емкость кон­денсатора С должна быть увеличена, по сравнению со случаем актив­ной нагрузки инвертора.

 

Рисунок 33. Форма кривой напряжения нагрузки при различных значениях сопротивления нагрузки: а- при Rнг→∞; б- при Rнг→0.

Векторная диаграмма и основные расчетные соотношения.

 

Анализи­руя работу инвертора по основной (первой) гармонике выходного напря­жения и токов i, iс, iнг можно с достаточной для практики точностью установить расчетные соотношения для определения угла β, емкости коммутирующего и компенсирующего конденсатора С, а также аналити­ческое выражение выходной характеристики U=f(Yнг), где Yнг=Z-1нг - полная проводимость нагрузки. На рисунке 34 построена векторная диаграмма основных гармоник токов и напряжения инвертора параллельного типа.

 

 

 

Рисунок 34. Векторная диаграмма однофазного инвертора тока

параллельного типа

 

 

Рисунок 35. Выходные характеристики инвертора тока параллельного типа

 

 

На рисунке 32,и построены основные гармоники общего инвертированного тока i1 и выходного напря­жения u1. С достаточной для практики точностью можно при­нять, что угол Ψ определяющий фазовое отставание первой гармоники выходного напряжения u1 от тока i1 равен углу опережения инверто­ра β, т.е. Ψ≈β. В соответствии с таким допущением на рисунке 34 выпол­нено построение векторной диаграммы параллельного инвертора для случая активно-индуктивной нагрузки (здесь и в дальнейшем индекс "1", обозна­чающий порядковый номер гармоники, опущен). Из векторной диаграммы имеем

(80)

Умножив в выражении (80) числитель и знаменатель на U будем иметь

, (81)

 

где Qc=IcU - реактивная мощность конденсатора;

Qнг=IнгUsinφнг- реактивная мощность нагрузки;

Pнг=IнгUcosφнг - активная мощность нагрузки.

На основании соотношения (81) очевидно, что для обеспечения устойчи­вой коммутации в инверторе необходим "избыток" реактивной мощности конденсатора над реактивной мощностью нагрузки, что дополнительно свидетельствует о возможности работы инвертора только при опережаю­щем инвертированном токе i.

 

Представляя выражения для Qс, Qнг, Pнг в виде Qс =U2ωC, Q=U2Yнгsinφнг, P=U2Yнгcosφнг после подстановки в (81) получим

(82)

где

Y*нг - относительная полная проводимость нагрузки Y*нг=YнгYc-1,

Yc=ωC- реактивная проводимость конденсатора.

Соотношение (82) является основной расчетной зависимостью, позволяющей правильно выб­рать величину емкости конденсатора, обеспечивающую устойчивую комму­тацию в инверторе.

 








Дата добавления: 2019-04-03; просмотров: 1143;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.014 сек.